【C语言进阶】- 动态内存管理

1.1 为什么存在动态内存分配

我们已经掌握的内存开辟方式有：
int val = 20;//在栈空间上开辟四个字节
char arr[10] = { 0 };//在栈空间上开辟10个字节的连续空间
但是上述的开辟空间的方式有两个特点：
1. 空间开辟大小是固定的。
2. 数组在声明的时候，必须指定数组的长度，它所需要的内存在编译时分配。
但是对于空间的需求，不仅仅是上述的情况。有时候我们需要的空间大小在程序运行的时候才能知道，
那数组的编译时开辟空间的方式就不能满足了。
这时，就需要动态开辟内存了...

1.2 动态内存函数介绍

开辟内存

void* malloc (size_t size);

malloc函数是在堆中连续开辟size个字节的空间，返回值为空间的起始地址，开辟失败返回NULL指针

释放内存

void free (void* ptr);

如果参数 ptr 指向的空间不是动态开辟的，那free函数的行为是未定义的。
如果参数 ptr 是NULL指针，则函数什么事都不做。

2.1 malloc函数的使用

#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>/*void* malloc( size_t size );
*/int main()
{int arr[10] = { 0 };// 动态内存开辟int* p = (int*)malloc(40); // 开辟40个字节if (p == NULL){printf("%s\n", strerror(errno));return 1; // 给main函数返回1表示存在问题}// 使用int i = 0;for (i = 0; i < 10; i++){*(p + i) = i;}for (i = 0; i < 10; i++){printf("%d ", *(p + i));}free(p);  // 释放内存空间，不然会内存泄漏,可以通过调试窗口 p,10 来观看数据p = NULL; // 防止野指针，因为它指向的空间已经释放了，已经还给操作系统了，p如果不置空的话，这时候还记得地址return 0;
}

还未free时的内存状态

free后的内存状况

p=NULL 是为了防止野指针，因为它指向的空间已经释放了，已经还给操作系统了，p如果不置空的话，这时候还记得地址，如果访问的话就非法访问内存了

2.2 free函数的使用

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{int a = 10;int* p = &a; // 不是动态开辟的free(p);p = NULL;int* p2 = NULL; // 什么事都不做free(p2);return 0;
}

free函数是只能释放动态内存的，不是动态开辟的会报错

2.3 calloc函数的使用

void* calloc (size_t num, size_t size);

函数的功能是为 num 个大小为 size 的元素开辟一块空间，并且把空间的每个字节初始化为0。
与函数 malloc 的区别只在于 calloc 会在返回地址之前把申请的空间的每个字节初始化为全0。

#include  <stdio.h>
#include  <stdlib.h>
#include  <errno.h>
#include  <string.h>
int main()
{int* p = (int*)calloc(10, sizeof(int));if (p == NULL){printf("%s\n",strerror(errno));return 1;}int i = 0;for (i = 0; i < 10; i++) {printf("%d ",*(p+i));}// 释放堆中的内存free(p);p = NULL;return 0;
}

2.4 realloc函数的使用

void* realloc (void* ptr, size_t size);

#include  <stdio.h>
#include  <stdlib.h>
#include  <errno.h>
#include  <string.h>
int main()
{int* p = (int*)malloc(40);if (p == NULL){printf("%s\n", strerror(errno));return 1;}int i = 0;for (i = 0; i < 10; i++){*(p + i) = i;}// 扩容// 要用新的指针来接收并且判断，否则，如果扩容失败会变成野指针，本来指向40个字节，扩容失败突然指向NULLint* ptr = (int*)realloc(p, 80); if (ptr != NULL){p = ptr;}for (i = 0; i < 10; i++){printf("%d ", *(p + i));}free(p);p = NULL;return 0;
}

需要注意的事，realloc在开辟内存空间时，存在2种情况

malloc和realloc函数的关联

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>int main()
{int* ptr = (int*)realloc(NULL, 40); // 相当于 malloc(40)return 0;
}

3.1 常见的动态内存错误

1.对NULL指针的解引用操作

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>int main()
{int* p = (int*)malloc(40);if (p = NULL) // err{return 1;}*p = 20;free(p);p = NULL;return 0;
}

这里如果动态开辟内存失败，p为NULL，对NULL指针进行访问就会有问题

2. 对动态开辟空间的越界访问

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{int* p = (int*)malloc(40);if (p = NULL){printf("%s\n", strerror(errno));return 1;}int i = 0;for (i = 0; i <= 10; i++) // 越界了{p[i] = i;}free(p);p = NULL;return 0;
}

3. 对非动态开辟内存使用free函数

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>int main()
{int a = 10;int* p = &a;free(p);p = NULL;return 0;
}

4. 使用free释放一块动态开辟内存的一部分

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>int main()
{int* p = (int*)malloc(40);if (p == NULL){return 1;}int i = 0;for (i = 0; i < 10; i++){// 这里p的位置被改变了，free(p)时，只释放掉了部分内存*p = i;p++;}free(p);p = NULL; return 0;
}

5. 对同一块空间的多次释放

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>int main()
{int* p = (int*)malloc(40);free(p);p = NULL; free(p);return 0;
}

6.动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>void test()
{int* p = (int*)malloc(100);int flag = 0;scanf("%d",&flag);if (flag == 5){return;}free(p);p = NULL;
}int main()
{test();return 0;
}

当flag为5时，就不会释放内存

3.2 常见笔试题

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>void GetMemory(char* p) // 堆中的p
{p = (char*)malloc(100);
}
void Test(void)
{char* str = NULL; // 栈中的pGetMemory(str); // 传递的是null，不是str的地址strcpy(str, "hello world"); // 将str给到空指针printf(str);
}int main()
{Test();return 0;
}

str为NULL，传递给GetMemory函数，GetMemory函数里的p是堆中的所开辟的p，然后给它开辟空间，然后返回到Test函数，这时的str依旧为NULL，然后调用strcpy函数，是把"hello world"给到NULL指针，会出现错误。

#include <stdio.h>char* GetMemory(void)
{char p[] = "hello world"; // 这里是局部变量，放置在栈中, 函数执行完就被销毁了，还给操作系统了//char* p = "hello world"; return p;
}
void Test(void)
{char* str = NULL;str = GetMemory(); // 野指针，非法访问内存了printf(str);
}int main()
{Test();return 0;
}

这里GetMemory后，返回的是局部变量的地址，放在栈中，但是这个函数执行完后这个变量就被销毁了，所以再通过指针访问这块内存空间就是非法访问内存了。

#include <string.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>void GetMemory(char** p, int num)
{*p = (char*)malloc(num);
}
void Test(void)
{char* str = NULL;GetMemory(&str, 100);strcpy(str, "hello");printf(str);// 下列为修改后的代码//free(str);//str = NULL;
}int main()
{Test();return 0;
}

这个很容易，动态开辟内存后未能后free